Bài giảng Nguồn điện thông tin

TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

TRƯỜNG TRUNG HỌC BCVT VÀ CNTT MIỀN NÚI

........................................

BÀI GIẢNG

NGUỒN ĐIỆN THÔNG TIN

(Dùng cho hệ Trung cấp ĐTVT)

Biên soạn: Bùi Tuấn Ngọc

THÁI NGUYÊN 2010

V N P T

LỜI NÓI ĐẦU

Nguồn điện trong viễn thông giữ vai trò quan trọng đối với sự hoạt động của các

thiết bị trong đài trạm. Việc nghiên cứu tìm hiểu về nguồn điện sẽ giúp cho công tác vận

hành khai thác cũng như khắc phục sự cố đem lại hiệu quả, góp phần đảm bảo sự làm việc

ổn định của mạng lưới.

Để đáp ứng được nhu cầu thực tế sản xuất cũng như nhu cầu về học tập của học sinh

và giảng dạy của giáo viên trong nhà trường, tôi đã biên soạn cuốn bài giảng “NGUỒN

ĐIỆN THÔNG TIN” dựa theo đề cương chương trình của: “TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH

VIỄN THÔNG VIỆT NAM” ban hành.

Đây là cuốn bài giảng chuyên về nguồn điện dùng cho các thiết bị viễn thông, tích

hợp cả lý thuyết và thực hành. Nội dung gồm bốn bài:

Bài 1: Tổng quan về hệ thống nguồn trong trạm viễn thông

Bài 2: Nguồn điện một chiều

Bài 3: Nguồn điện xoay chiều

Bài 4: Các tủ nguồn

Sau mỗi bài là một số câu hỏi, bài tập giúp hệ thống hoá kiến thức đã học.

Hy vọng rằng, cuốn sách này phần nào giúp cho việc giảng dạy, học tập cũng như

tham khảo được thuận lợi hơn.

Mặc dù đã sưu tầm và tổng hơp nhiều tài liệu có liên quan trong quá trình biên

soạn, song không tránh khỏi những thiếu só. Vì vậy mong nhận được những ý kiến đóng

góp xây dựng của bạn bè và đồng nghiệp để tài liệu này được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn !

Tác giả biên soạn

Bùi Tuấn Ngọc

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Trang

Bài 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NGUỒN CHO TRẠM VIỄN

THÔNG 9

1. Yêu cầu của hệ thống cấp nguồn cho trạm viễn thông 9

1.1. Độ tin cậy 9

1.2. Độ ổn định 9

1.3. Hiệu suất cao 10

1.4. Gọn nhẹ 10

2.1 . Phương thức cấp nguồn có điện lưới quốc gia 10

2.2 . Phương thức cấp nguồn không có điện lưới quốc gia 11

Câu hỏi ôn tập 13

Bài 2: NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU 14

1. Ắc quy axit 14

1.1. Khái niệm 14

1.2. Cấu tạo 14

1.3. Nguyên lý làm việc 15

1.4. Các đại lượng đặc trưng của ắcquy 16

1.5. Các chướng ngại của ắcquy axit 16

1.6. Bảo dưỡng ắcquy axit 17

1.7. Đấu nối ắcquy 19

2. Pin mặt trời 23

2.1. Cấu tạo 23

2.2. Nguyên lý hoạt động 24

2.3. Sơ đồ tương đương 25

2.4. Đặc trưng Vôn – Ampe 25

2.5. Đấu nối pin mặt trời 25

2.6. Bảo dưỡng pin mặt trời 28

3. Hệ thống nắn điện và chỉnh lưu 28

3.1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ 28

3.2. Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ 30

3.3. Mạch chỉnh lưu cầu 32

3.4. Mạch chỉnh lưu bội áp 34

3.5. Mạch chỉnh lưu ba pha 36

Câu hỏi ôn tập 42

Bài 3: NGUỒN ĐIỆN XOAY CHIỀU 43

1. Động cơ đốt trong 43

1.1. Vai trò 43

1.2. Các tham số 43

1.3. Các hệ thống chính 44

1.4. Nguyên tắc hoạt động 54

1.5. Nhận biết các hệ thống của động cơ đốt trong 57

1.6. Bảo dưỡng động cơ đốt trong 61

2. Máy phát điện đồng bộ ba pha 64

2.1. Khái niệm 64

2.2. Cấu tạo 64

2.3. Nguyên lý hoạt động 65

2.4. Bảo dưỡng máy phát điện đồng bộ ba pha 66

2.5. Vận hành tổ máy nổ phát điện 67

Câu hỏi ôn tập 70

Bài 4: CÁC TỦ NGUỒN 71

1. Sơ đồ khối của hệ thống cấp nguồn 71

1.1. Sơ đồ khối 71

1.2. Nguyên lý làm việc 73

1.3. Các thành phần thiết bị chủ yếu 74

2. Một số thiết bị cấp nguồn sử dụng trong trạm viễn thông 81

2.1. Tủ nguồn Lorain 300 81

2.2. Tủ nguồn VPRS 400 84

3. Vận hành tủ nguồn 86

4. Bảo dưỡng tủ nguồn 87

4.1. Bảo dưỡng thường xuyên 87

4.2. Bảo dưỡng định kỳ 87

Câu hỏi ôn tập 88

Tài liệu tham khảo 89

Bài 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NGUỒN

CHO TRẠM VIỄN THÔNG

Mục tiêu của bài:

Học xong bài này học sinh sẽ có khả năng trình bày đúng các yêu cầu đối với hệ

thống cấp nguồn cho trạm viễn thông, các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông.

2. Yêu cầu của hệ thống cấp nguồn cho trạm viễn thông

Hệ thống cung cấp điện cho thiết bị viễn thông có vị trí quan trọng nhất và có thể

được xem như là “trái tim„ của thiết bị.

Trong những năm gần đây, lĩnh vực viễn thông phát triển nhanh chóng, ứng dụng

nhiều công nghệ tiên tiến, hầu hết các thiết bị viễn thông, mạng lưới viễn thông đều là các

thiết bị công nghệ cao. Do đó yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nguồn lại càng phải được

quan tâm hơn, vì hoạt động của hệ thống nguồn không đảm bảo có thể sẽ làm cho thông tin

bị dán đoạn, điện áp ra của nguồn không ổn định hoặc quá lớn sẽ làm giảm chất lượng

thông tin và thậm chí gây hỏng các thiết bị.

Vì vậy, hệ thống cung cấp điện viễn thông về cơ bản phải đảm bảo độ tin cậy, độ ổn

định, hiệu suất cao, ngoài ra phải đảm bảo tính gọn nhẹ.

1.1. Độ tin cậy

Để đảm bảo thông tin thông suốt, ngoài việc nâng cao độ tin cậy của thiết bị viễn

thông, còn cần phải nâng cao tính liên tục của hệ thống nguồn. Thông thường, hệ thống

nguồn phải cung cấp điện cho nhiều thiết bị, vì vậy khi hệ thống nguồn gặp sự cố sẽ ảnh

hưởng rất lớn đến tính liên tục của thông tin.

Các quốc gia có ngành viễn thông phát triển đều coi độ tin cậy trong cung cấp điện là

yêu cầu quan trọng đối với hệ thống nguồn. Những năm gần đây, do kỹ thuật vi điện tử và

kỹ thuật máy tính được ứng dụng nhiều trong thiết bị viễn thông, khi nguồn bị gián đoạn,

có thể làm mất thông tin. Đồng thời, do dung lượng thiết bị viễn thông đang tăng rất

nhanh, khi nguồn bị gián đoạn sẽ gây ảnh hưởng rất lớn. Ví dụ: Một trạm điện thoại có

dung lượng khoảng hai đến ba vạn thuê bao trở lên, khi nguồn bị mất sẽ gây tổn thất kinh

tế to lớn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh quốc gia.

Để đảm bảo độ tin cậy cao cần phải cung cấp điện theo phương pháp kết hợp, những

thiết bị viễn thông do nguồn xoay chiều cung cấp điện đều phải sử dụng nguồn xoay chiều

liên tục. Trong hệ thống cung cấp điện một chiều, cần sử dụng phương thức cung cấp điện

mắc song song bộ chỉnh lưu và ắc quy. Ngoài ra, còn cần phải nâng cao độ tin cậy của các

bộ nguồn. Các bộ chỉnh lưu tiên tiến hiện nay đều mắc song song nhiều bộ chỉnh lưu để

nếu có bộ chỉnh lưu nào gặp sự cố sẽ không ảnh hưởng đến việc cung cấp điện. Hiện nay,

thời gian không xảy ra sự cố bình quân của các bộ nguồn tiên tiến là hai mươi năm.

1.2. Độ ổn định

Các thiết bị viễn thông đều yêu cầu điện áp ổn định, không được vượt quá phạm vi

biến động cho phép. Điện áp nguồn quá cao sẽ gây tổn hại cho các linh kiện điện tử trong

thiết bị viễn thông. Ngược lại, nếu điện áp nguồn quá thấp, thiết bị viễn thông sẽ không thể

hoạt động bình thường. Ngoài ra, nhiễu trong điện áp nguồn một chiều cũng phải nhỏ hơn

giá trị cho phép, nếu không sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng thông tin.

9

∼

=

TBĐK

=

∼

∼

BA

TBCM 1

2

AC1

BBD1

DC

AQ

BBD2

TBVT AC2

TBP

Đường vòng AC

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống cấp nguồn có điện lưới

F

Khi nguồn điện cung cấp cho thiết bị viễn thông có sự đột biến của điện áp sẽ gây

ảnh hưởng lớn đến thiết bị viễn thông, vì vậy các thiết bị viễn thông nói chung đều phải do

nguồn ổn áp cung cấp.

1.3. Hiệu suất cao

Cùng với việc tăng dung lượng của thiết bị viễn thông, tải của hệ thống nguồn cũng

không ngừng tăng lên. Để tiết kiệm điện năng, cần phải nâng cao hiệu suất của nguồn.

Biện pháp tiết kiệm chủ yếu là sử dụng bộ nguồn có hiệu suất cao, trước đây, các

thiết bị viễn thông thường sử dụng bộ chỉnh điều khiển pha có hiệu suất tương đối thấp

(<70%), máy biến áp tổn hao lớn. Những bộ nguồn biến đổi dao động điều hoà có thể đạt

hiệu suất tới 90% trở lên, vì vậy bộ nguồn này đang ngày càng phổ biến.

1.4. Gọn nhẹ

Cùng với sự phát triển và ứng dụng của mạch tổ hợp, thiết bị viễn thông đang phát

triển theo hướng giảm thiểu kích thước, tích hợp hoá. Để thích hợp với sự phát triển này,

các bộ nguồn cũng phải nhỏ gọn, tích hợp. Ngoài ra, các thiết bị thông tin di động và các

thiết bị viễn thông trong hàng không vũ trụ cũng cần các bộ nguồn có thể tích nhỏ, trọng

lượng nhẹ. Để làm được điều đó, các bộ chuyển đổi với dải tần rộng được sử dụng rộng rãi

trong các ổn áp tổ hợp, các máy biến áp. Những năm gần đây, bộ đóng ngắt dao động điều

hoà có tần số vài trăm kHz và kích thước vô cùng nhỏ đang được ứng dụng nhiều trong

thiết bị viễn thông.

3. Các phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông

Phương thức cấp nguồn cho trạm viễn thông phải đảm bảo được yêu cầu về độ ổn

định và tính liên tục. Do đó, người ta thường dùng hệ thống cấp nguồn tổ hợp. Hệ thống

cấp nguồn tổ hợp được chia làm hai loại, đó là hệ thống cấp nguồn có điện lưới và hệ

thống cấp nguồn không có điện lưới.

2.3. Phương thức cấp nguồn có điện lưới quốc gia

Đối với các hệ thống thông tin đặt ở nơi gần đường dây điện lực thì phương án tối ưu

là sử dụng điện lưới làm nguồn cung cấp chính, đồng thời kết hợp với nguồn dự phòng là

dùng tổ máy phát điện và tổ ắc quy (Hình 1.1).

BA: máy biến áp

F: tổ máy phát điện

10

∼

=

TBĐK

=

∼ ∼

DC1

BBD1

DC2

AQ

BBD2

TBVT AC2

TBP

Đường vòng AC

PMT

∼

=

AC1

∼

AC3

TBXLCS

Đi ốt chặn

FG

F

BBD3

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống cấp nguồn không có điện lưới

AQ: tổ ắc quy

TBCM: thiết bị chuyển mạch

TBĐK: thiết bị điều khiển

BBĐ1: bộ biến đổi điện áp xoay chiều/một chiều

BBĐ2: bộ biến đổi điện áp một chiều / xoay chiều

TBVT: thiết bị viễn thông

TBP: thiết bị phụ

Hệ thống này được nhận năng lượng điện từ hai nguồn. Nguồn cung cấp chính là

nguồn điện lưới, nguồn dự phòng là tổ máy phát điện và tổ ắc quy. Để sử dụng kết hợp hai

nguồn cung cấp này, người ta dùng thiết bị chuyển mạch (có thể điều khiển bằng tay hoặc

tự động). Khi chuyển mạch ở vị trí 1, hệ thống nhận năng lượng từ điện lưới cung cấp.

Trong quá trình vận hành, nếu vì một lý do nào đó điện lưới gặp sự cố ngừng cung cấp

điện thì chuyển mạch sẽ chuyển sang vị trí 2, lúc này máy phát sẽ tiếp tục cấp nguồn cho

hệ thống.

Trong quá trình hệ thống sử dụng một trong hai nguồn cung cấp nói trên thì ắc quy

được nạp đệm. Khi cả hai nguồn này đồng thời ngừng cung cấp thì ắc quy sẽ cung cấp điện

cho hệ thống.

2.4. Phương thức cấp nguồn không có điện lưới quốc gia

Đối với các trạm viễn thông đặt ở những nơi không có đường dây điện lưới đi qua

như: rừng, núi, hải đảo, ... thường tổ chức hệ thống cấp nguồn như sau:

F: tổ máy phát điện

FG: máy phát điện sức gió

PMT: pin mặt trời

AQ: tổ ắc quy

TBĐK: thiết bị điều khiển

11

TBXLCS: thiết bị xử lý công suất

BBĐ1, BBĐ3: bộ biến đổi điện áp xoay chiều/một chiều

BBĐ2: bộ biến đổi điện áp một chiều/xoay chiều

TBVT: thiết bị viễn thông

TBP: thiết bị phụ

Hệ thống này sử dụng máy phát điện bằng sức gió, pin mặt trời, ắc quy và tổ máy

phát điện. Mục đích của hệ thống này là lợi dụng các ưu điểm của từng nguồn riêng rẽ

nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao và lợi dụng triệt để điều kiện địa lý tại nơi đặt trạm, bổ

xung và hỗ trợ cho nhau (Hình 1.2).

- Pin mặt trời gồm các modul đấu nối tiếp và song song để đạt công suất yêu cầu và

phối hợp với các nguồn năng lượng khác trong hệ thống. Khi có nắng, pin mặt trời bảo

đảm việc cung cấp năng lượng, nếu dư thừa năng lượng sẽ nạp cho ắc quy.

- Máy phát điện bằng sức gió không trực tiếp cấp nguồn cho thiết bị trong trạm mà

chỉ làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy.

- Tổ máy phát điện sẽ cung cấp cho trạm viễn thông và nạp cho ắc quy khi các nguồn

nói trên ngừng cung cấp.

Sự hoạt động của hệ thống như sau:

Bình thường, pin mặt trời và máy phát điện bằng sức gió cùng với ắc quy phối hợp

cấp nguồn cho trạm còn tổ máy phát điện làm nhiệm vụ dự phòng. Do công suất của pin

mặt trời và máy phát điện bằng sức gió có công suất nhỏ và độ ổn định không cao nên phải

thông qua thiết bị xử lý công suất trước khi cấp cho hệ thống, năng lượng dư sẽ được nạp

cho ắc quy. Trong thời gian năng lượng nắng, gió không đủ cung cấp thì ắc quy sẽ cấp

nguồn, nếu tình trạng này kéo dài, ắc quy phóng tới mức tối thiểu cho phép thì tổ máy phát

điện sẽ phát điện cấp nguồn cho hệ thống, đồng thời nạp điện cho ắc quy.

Trên đây là hai phương thức cấp nguồn tổ hợp hiện nay đang và sẽ được dùng phổ

biến. Tuy nhiên, tuỳ tình hình cụ thể của từng khu vực đặt trạm viễn thông mà người ta có

thể kết hợp sao cho vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa đảm bảo tính kinh tế.

CÂU HỎI ÔN TẬP

12